乙醇---丙醇二元物系篩板精餾塔設(shè)計課程設(shè)計

1、<p>　　化 工 原 理 課 程 設(shè) 計</p><p>　　題目 乙醇---丙醇二元物系篩板精餾塔設(shè)計 </p><p>　　教 學(xué) 院 化學(xué)與制藥工程學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 應(yīng)用化學(xué) </p><p>　　學(xué)生姓名 </p><

2、p>　　學(xué)生學(xué)號 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　2013年6月 21日 </p><p><b>　　課程設(shè)計任務(wù)書</b></p><p>　　1、設(shè)計題目：乙醇----丙醇二元物系篩板精餾塔設(shè)計</p>&l

3、t;p><b>　　2、工藝操作條件</b></p><p>　　(1) 加料量為: 100kmol/h </p><p>　　(2) 加料狀態(tài)： 泡點進料 </p><p>　　(3) 分離要求： 進 料 組 成x=0.447</p><p>　　餾出液組成xd=

4、0.947</p><p>　　釜 液 組 成xw=0.037</p><p>　?。ㄒ陨暇鶠槟柗致剩?lt;/p><p>　　加料熱狀況 q=1.0</p><p>　　(4) 操作壓力： 常壓（絕壓），單板壓降≤0.7KPa</p><p>　　(5) 回流比 </p&

5、gt;<p><b>　　3、設(shè)計任務(wù)：</b></p><p>　?。?） 完成該精餾塔的工藝設(shè)計，包括物料衡算、熱量衡算、篩板塔的設(shè)計計算。</p><p>　?。?） 畫出帶控制點的工藝流程圖(2號圖紙)、精餾塔工藝條件圖(2號圖紙)。</p><p>　?。?） 寫出該精餾塔的設(shè)計說明書，包括設(shè)計結(jié)果匯總和設(shè)計評價。<

6、;/p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要1</b></p><p><b>　　緒 論2</b></p><p><b>　　1.精餾塔概述2</b></p><p><

7、;b>　　2.儀器的使用3</b></p><p>　　第 1 章 設(shè) 計 方 案4</p><p>　　1.1 裝置流程的確定4</p><p>　　1.2 操作壓力的選擇4</p><p>　　1.3 進料狀況的選擇4</p><p>　　1.4 加熱方式的選擇4</p>

8、;<p>　　1.5 回流比的選擇5</p><p>　　第 2 章 工 藝 計 算 6</p><p>　　2.1 物料衡算6</p><p>　　2.1.1原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量....................................................................6</

9、p><p>　　2.1.2物料衡算原料處理量..........................................................................................................6</p><p>　　2.1.3 平均相對揮發(fā)度.............................................

10、....................................................................7</p><p>　　2.1.4 回流比的確定....................................................................................................................

11、.7</p><p><b>　　2.2熱量衡算8</b></p><p>　　2.2.1 加熱介質(zhì)的選擇.................................................................................................................8</p><p

12、>　　2.2.2 冷卻劑的選擇.....................................................................................................................8</p><p>　　2.2.3 比熱容及汽化潛熱的計算............................................

13、....................................................8</p><p>　　2.2.4熱量衡算.............................................................................................................................. 9.</p

14、><p>　　2.3 理論塔板數(shù)的計算.9</p><p>　　2.3.1精餾塔的氣、液相負(fù)荷................................................................................................... 10</p><p>　　2.3.2求操作線方程..............

15、...................................................................................................... 10</p><p>　　2.3.3用逐板法計算理論層板數(shù)............................................................................

16、..................10</p><p>　　第 3 章 板式塔主要工藝尺寸的計算.....................13</p><p>　　3.1 塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)計算13</p><p>　　3.1.1平均摩爾質(zhì)量計算13</p><p>　　3.1.2平均密度計算14</p><

17、;p>　　3.1.3液相表面張力計算............................................................................................................15</p><p>　　3.1.4精餾塔負(fù)荷計算......................................................

18、...........................................................16</p><p>　　3.2 精餾塔的塔體工藝尺寸計算17</p><p>　　3.2.1.塔徑的計算...................................................................................

19、.............................. 17</p><p>　　3.2.2.精餾塔有效高度的計算............................................................................................. 18</p><p>　　3.3.塔板的工藝尺寸計算................

20、.........................................................................................18</p><p>　　3.3.1.溢流裝置計算..............................................................................................

21、...............18</p><p>　　3.3.2.塔板布置.....................................................................................................................20</p><p>　　3.4.篩板的流體力學(xué)驗算...............

22、..........................................................................................21</p><p>　　3.4.1.塔板壓降...............................................................................................

23、......................21</p><p>　　3.4.2.液面落差....................................................................................................................22</p><p>　　3.4.3.液沫夾帶............

24、........................................................................................................22</p><p>　　3.4.4.漏液...................................................................................

25、.........................................23</p><p>　　3.4.5.液泛............................................................................................................................23</p><p>

26、;　　3.5.塔板負(fù)荷性能圖................................................................................................................24</p><p>　　3.5.1.漏液線............................................................

27、...................................................................24</p><p>　　3.5.2.液沫夾帶線.....................................................................................................................

28、..24</p><p>　　3.5.3.液相負(fù)荷下限...................................................................................................................25</p><p>　　3.5.4.液相負(fù)荷上限.............................

29、......................................................................................26</p><p>　　3.5.5.液泛線....................................................................................................

30、............................26</p><p>　　3.5.6.負(fù)荷性能圖及操作彈性..................................................................................................27</p><p>　　3.6 板式塔結(jié)構(gòu)28 </p><

31、;p>　　3.6.1 塔體結(jié)構(gòu)........................................................................................................................28</p><p>　　3.6.2 塔總體高度計算29</p><p>　　第 4 章 輔助設(shè)備及選型

32、30</p><p>　　4.1精餾塔的附屬設(shè)備30</p><p>　　4.2精餾塔的接管31</p><p>　　本章符號說明 英文字母33</p><p>　　篩板塔的工藝設(shè)計計算結(jié)果匯總表.......................... 35</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)36&l

33、t;/b></p><p><b>　　結(jié)束語37</b></p><p>　　化工原理課程設(shè)計教師評分38</p><p>　　摘 要 化工生產(chǎn)常需進行液體混合物的分離以達(dá)到提純或回收有用組分的目的，精餾是利用液體混合物中各組分揮發(fā)度的不同并借助于多次部分汽化和部分冷凝達(dá)到輕重組分分離的方法。精餾操作在化工、石油化工、輕

34、工等工業(yè)生產(chǎn)中中占有重要的地位。為此，掌握氣液相平衡關(guān)系，熟悉各種塔型的操作特性，對選擇、設(shè)計和分析分離過程中的各種參數(shù)是非常重要的。塔設(shè)備是化工、煉油生產(chǎn)中最重要的設(shè)備類型之一。本次設(shè)計的篩板塔是化工生產(chǎn)中主要的氣液傳質(zhì)設(shè)備。此設(shè)計針對二元物系的精餾問題進行分析、選取、計算、核算、繪圖等，是較完整的精餾設(shè)計過程，該設(shè)計方法被工程技術(shù)人員廣泛的采用。 精餾設(shè)計包括設(shè)計方案的選取，主要設(shè)備的工藝設(shè)計計算——物料衡算xF=0.447

35、 xD=0.947 xW=0.037 實際塔板數(shù)精餾段9塊，提餾段14塊。工藝參數(shù)的選定泡點進料、泡點回流。設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝尺寸的計計算塔高為21.96m,篩孔數(shù)目為5435個，輔助設(shè)備的選型，工藝流程圖，主要設(shè)備的工藝條件圖等內(nèi)容。通過對精餾塔的運算，可以得出精餾塔的各種設(shè)計如塔的工藝流程、生產(chǎn)操作條件及物性參數(shù)是合理的，各種接管尺寸是合理的，</p><p><b>　　緒 論<

36、/b></p><p><b>　　1.精餾塔概述</b></p><p>　　精餾塔（fractionating column）是進行精餾的一種塔式汽液接觸裝置，又稱為蒸餾塔。有板式塔與填料塔兩種主要類型。根據(jù)操作方式又可分為連續(xù)精餾塔與間歇精餾塔。</p><p>　　關(guān)于各種類型塔板的介紹</p><p>

37、　　主要的塔板型式有：泡罩塔板；浮閥塔板；篩孔塔板；舌形塔板（斜孔塔板）；網(wǎng)孔塔板；垂直浮閥；多降液管塔板；林德浮閥；無溢流塔板。</p><p><b>　　⑴ 泡罩塔板</b></p><p>　　泡罩塔板的氣體通道是由升氣管和泡罩構(gòu)成的。升氣管是泡罩塔區(qū)別于其它塔板的主要結(jié)構(gòu)特征。這種結(jié)構(gòu)不僅結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，制造成本高，而且氣體通道曲折多變、干板壓降達(dá)、

38、液泛氣速低、生產(chǎn)能力小。 </p><p><b>　?、?#160;浮閥塔板</b></p><p>　　浮閥塔板是對泡罩塔板的改進，取消了升氣管，在塔板開孔上訪設(shè)置了浮閥，浮閥可根據(jù)氣體的流量自行調(diào)節(jié)開度。氣量較小時可避免過多的漏液，氣量較大時可使氣速不致過高，降低了壓降。</p><p><b>　?、?#160;篩孔塔板<

39、;/b></p><p>　　篩孔塔板是最簡單的塔板，造價低廉，只要設(shè)計合理，其操作彈性是可以滿足生產(chǎn)需要的，目前已成為應(yīng)用最為廣泛的一種板型。</p><p><b>　　⑷ 舌形塔板 </b></p><p>　　舌形塔板是為了防止過量液沫夾帶而設(shè)計的一種塔型，由舌孔噴出的氣流方向近于水平，產(chǎn)生的液滴幾乎不具有向上的初速度。

40、同時從舌孔噴出的氣流，通過動量傳遞推動液體流動，降低了板上液層厚度和塔板壓降。 </p><p><b>　?、?#160;網(wǎng)孔塔板 </b></p><p>　　網(wǎng)孔塔板采用沖有傾斜開孔的薄板制造，具有舌形塔板的特點，并易于加工。</p><p><b>　　⑹ 垂直浮閥 </b></p><

41、;p>　　垂直浮閥是在塔板上開有若干直徑為100-200mm的大圓孔，孔上設(shè)置圓柱形泡罩，泡罩下緣于塔板有一定的間隙，泡罩側(cè)壁開有許多篩孔。氣流噴射方向是水平的，液滴在垂直方向的初速度為零，液沫夾帶量很小。 </p><p><b>　　⑺ 多降液管塔板 </b></p><p>　　在普通浮閥上設(shè)置多根降液管以適應(yīng)大液體量的要求，降液管為懸掛式。&l

42、t;/p><p><b>　?、?#160;林德浮閥 </b></p><p>　　林德浮閥是專為真空精餾設(shè)計的高效低壓降塔板，在整個浮閥上布置一定數(shù)量的導(dǎo)向斜孔，并在塔板入口處設(shè)置鼓泡促進裝置。</p><p><b>　?、?#160;無溢流塔板 </b></p><p>　　無溢流塔板是一種簡易塔

43、板，只是一塊均勻開有一定縫隙或篩孔的圓形平板，無降液管，結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉。</p><p><b>　　2.儀器的選用</b></p><p>　　篩板精餾塔是煉油、化工、石油化工等生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的汽液傳質(zhì)設(shè)備。</p><p>　　它的結(jié)構(gòu)特點是塔板上開有許多均勻的小孔。根據(jù)孔徑的大小，分為小孔徑篩板和大孔徑篩板兩類。工業(yè)上以小孔徑篩板為主

44、，大孔徑篩板多用于某些特殊場合（如分離難度大、易結(jié)焦的物系）。</p><p>　　篩板的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，造價低；板上液面落差小，氣體壓降低，生產(chǎn)能力較大，氣體分散均勻，傳質(zhì)效率較高。合理的設(shè)計和適當(dāng)?shù)牟僮髂軡M足要求的操作彈性，而且效率高。 篩板塔制造維修方便，相同條件下生產(chǎn)能力比泡罩塔高10%—15%，板效率亦約高10%—15%，而每板壓力降則低30%左右，適用于真空蒸餾；塔板效率較高，但稍低于浮閥塔。具有較高

45、的操作彈性，但稍低于泡罩塔。其缺點是小孔徑篩板易堵塞，不適宜處理臟的、粘性大的和帶固體粒子的料液。</p><p>　　第 1 章 設(shè) 計 方 案</p><p>　　1.1 裝置流程的確定</p><p>　　蒸餾裝置包括精餾塔，原料預(yù)熱器，蒸餾釜（再沸器），冷凝器，釜液冷卻器和產(chǎn)品冷卻器等設(shè)。按過程按操作方式的不同，分為聯(lián)組整流和間歇蒸餾兩種流程。連續(xù)蒸餾有

46、生產(chǎn)能力大，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點，工業(yè)生產(chǎn)中以連續(xù)蒸餾為主。間歇蒸餾具有操作靈活，適應(yīng)性強等優(yōu)點，適合于小規(guī)模，多品種或多組分物系的初步分離。</p><p>　　蒸餾通過物料在塔內(nèi)的多次部分汽化與多次部分冷凝實現(xiàn)分離，熱量自塔釜輸入，由冷凝器中的冷卻質(zhì) 將余熱帶走。在此過程中，熱能利用率很低，為此，在確定裝置流程時應(yīng)考慮余熱的利用。譬如，用余料作為塔頂產(chǎn)品（或釜液產(chǎn)品）冷卻器的冷卻介質(zhì)，既可以將原料預(yù)熱，又可以節(jié)

47、約冷卻質(zhì)。</p><p>　　另外，為保持塔的操作穩(wěn)定性，流程中除用泵這節(jié)送入塔原料外也可以用高位槽送料，以免受泵操作波動的影響。</p><p>　　塔頂冷凝裝置可采用全冷凝器，分冷凝器兩種不同的設(shè)置。甲醇和水不反應(yīng)，且容易冷凝，故使用全凝器，用水冷凝。塔頂出來的氣體溫度不高，冷凝后回流液和產(chǎn)品溫度不高，無需進一步冷卻，此次分離也是希望得到甲醇，選用全凝器符合要求。</p>

48、<p>　　總之，確定流程時要較全面，合理地兼顧設(shè)備，操作費用，操作控制及安全諸因素。</p><p>　　1.2 操作壓力的選擇</p><p>　　蒸餾過程中按操作壓力不同，分為常壓蒸餾，減壓蒸餾和加壓蒸餾。一般地，除熱明性物系，凡通過常壓蒸餾能夠?qū)崿F(xiàn)分離要求，并能用江河水或循環(huán)水將餾出物冷凝下來的物系，都能采用常壓蒸餾；對敏性物系或者混合物泡點過高的物系，則宜采用減壓蒸

49、餾；對常壓下餾出物冷凝溫度過低的物系，需提高塔壓或者采用深井水，冷凍鹽水作為冷卻劑；而常壓下呈氣態(tài)的物系必須采用加壓蒸餾。乙醇和丙醇在常壓下就能夠分離出來，所以本實驗在常壓下操作就可以。</p><p>　　1.3 進料狀況的選擇</p><p>　　進料狀況一般有冷液進料，泡點進料。對于冷液進料，當(dāng)組成一定時，流量一定對分離有利，節(jié)省加熱費用。采用泡點進料不僅對穩(wěn)定操作較為方便，且不受季

50、節(jié)溫度影響。綜合考慮，設(shè)計上采用泡點進料。泡點進料時，基于恒摩爾流假定，精餾段和提餾段上升蒸汽的摩爾流量相等，故精餾段和提餾段塔徑基本相等，制造上較為方便。</p><p>　　1.4 加熱方式的選擇</p><p>　　加熱方式可分為直接蒸汽和間接蒸汽加熱。直接蒸汽加熱直接由塔底進入塔內(nèi)。由于重組分是水，故省略加熱裝置。但在一定的回流比條件下，塔底蒸汽回流液有稀釋作用，使理論板數(shù)增加，費

51、用增加。間接蒸汽加熱使通過加熱器使釡液部分汽化。上升蒸汽回流下來的冷液進行傳質(zhì)，其優(yōu)點是釜液部分汽化，維持原來的濃度，以減少理論塔板數(shù)，其缺點是增加加熱裝置。本設(shè)計塔釡采用間接加熱蒸汽，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲罐。</p><p>　　1.5 回流比的選擇</p><p>　　回流方式可分為重力回流和強制回流。對于小型塔，回流冷凝器一般安裝在塔頂。其優(yōu)點是回流冷凝器無需支持結(jié)構(gòu)，其缺點是回流

52、冷凝器回流控制較。如果需要較高的塔頂處理或塔板數(shù)較多時，回流冷凝器不宜安裝在塔頂。因為塔頂冷凝器不已安裝，檢修和清理。在這種情況下，可采用強制回流，塔頂上蒸汽采用冷凝器冷卻以冷回流流入塔中。由于本次設(shè)計為小型塔，故采用重力回流。本設(shè)計物系屬易分離物系，故操作回流比為最小回流比的2倍。</p><p>　　第 2 章 工 藝 計 算</p><p><b>　　2.1 物料衡算

53、</b></p><p>　　已知 F=100kmol/h, xF=0.447, xD=0.947, xW=0.037</p><p>　　乙醇的摩爾質(zhì)量 </p><p>　　丙醇的摩爾質(zhì)量 </p><p>　　2.1.1 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量</p><p>　　2.

54、1.2物料衡算原料處理量</p><p><b>　　原料液 ：</b></p><p><b>　　總物料流量衡算：</b></p><p><b>　　易揮發(fā)組分：</b></p><p><b>　　聯(lián)立求解得 ：</b></p>&

55、lt;p>　　表2—1物料衡算結(jié)果表</p><p>　　溫度（露點）-氣相組成關(guān)系式：</p><p><b>　　(1)</b></p><p>　　溫度-飽和蒸汽壓關(guān)系式（安托因方程）：</p><p><b>　　乙醇：</b></p><p><b>

56、;　　(2)</b></p><p><b>　　丙醇：</b></p><p><b>　　(3)</b></p><p>　　各層塔板壓力計算公式：</p><p><b>　　(4)</b></p><p>　　塔頂：已知乙醇的氣相組成

57、y為產(chǎn)品組成0.98，操作壓力為常壓，則通過聯(lián)立（1）、（2）、(3)可求得操作溫度及組分飽和蒸汽壓；</p><p>　　塔底：已知乙醇組成0.035，操作壓力經(jīng)初步計算為。通過聯(lián)立（2）、（3）、(4)并進行迭代可得實際操作溫度及組分飽和蒸汽壓。</p><p>　?。ㄓ嬎氵^程使用excel軟件進行迭代計算）</p><p><b>　　結(jié)果如下：&l

58、t;/b></p><p>　　塔頂： kPa</p><p>　　塔底： </p><p>　　進料： </p><p>　　2.1.3 平均相對揮發(fā)度</p><p>　　，根據(jù)上文求出的數(shù)據(jù)可得：</p><p&

59、gt;<b>　　塔頂： </b></p><p><b>　　塔底：</b></p><p><b>　　進料板： </b></p><p><b>　　平均相對揮發(fā)度： </b></p><p>　　2.1.4 回流比的確定 </p>

60、<p>　　最小回流比 (5)</p><p><b>　　(6)</b></p><p>　　（5），（6）聯(lián)立得： </p><p>　　代入式（5）可以求得： </p><p><b>　　取操作回流比</b>&l

61、t;/p><p><b>　　2.2熱量衡算</b></p><p>　　2.2.1 加熱介質(zhì)的選擇</p><p>　　常用的介質(zhì)有飽和水蒸汽和煙道氣。飽和水是一種應(yīng)用最廣的加熱劑。由于飽和水蒸汽冷凝時的傳熱系數(shù)很高，可以通過改變蒸汽壓力準(zhǔn)確地控制加熱溫度。燃料燃燒所排放的煙道氣溫可達(dá)100～1000℃，適用于高溫加熱。煙道氣的缺點是比熱容及傳熱

62、系數(shù)很低，加熱溫度控制困難。本設(shè)計采用300kPa(溫度133.3℃)的飽和水蒸氣作為加熱物質(zhì)。水蒸氣易獲得、清潔、不易腐蝕加熱管，不但成本會相應(yīng)降低，塔結(jié)構(gòu)也不復(fù)雜。</p><p>　　2.2.2 冷卻劑的選擇</p><p>　　常用的冷卻劑是水和空氣，應(yīng)因地制宜地加以選用。本設(shè)計建廠吉林地區(qū)，吉林夏季最熱月份日平均氣溫為25℃。故選用25℃的冷凝水，選溫升10℃，即冷卻水的出口溫度

63、為35℃。</p><p>　　2.2.3 比熱容及汽化潛熱的計算</p><p>　　乙醇丙醇比熱容及汽化潛熱與溫度關(guān)系表</p><p>　　(1)、比熱容的計算（根據(jù)上表，利用插值法計算）</p><p>　　塔頂溫度tD下的比熱容（78.594℃）</p><p>　　求得CpD =2.998kj/(kg.k)

64、=137.91KJ/Kmol.k</p><p>　　同理求得CpD=168.18KJ/Kmol.k</p><p>　　同理分別求得進料溫度tF=86.53 Cp乙醇=142.365KJ/Kmol.k Cp丙醇=174.575 KJ/Kmol.k </p><p>　　塔底溫度tW=96.19 Cp乙醇=148.711KJ/Kmol.k Cp丙醇=176

65、.856KJ/Kmol.k </p><p>　　(2)、汽化潛熱的計算（方法與次熱熔的算法相同）</p><p><b>　　2.2.4熱量衡算</b></p><p>　?、?℃時塔頂上升的熱量：Qv，塔頂以0℃為基準(zhǔn)</p><p><b>　?。ǎ?lt;/b></p><p&

66、gt;　?、诨亓饕旱臒崃浚篞r ,tD=79.13℃</p><p>　　此溫度下 Qr=L tR=164.901x139.514x79.13=1820464.631KJ/h</p><p>　　③塔頂流出液的熱量： 因為塔頂流出液與回流液組成相同</p><p>　　=139.514 KJ/h </p><p>　?、苓M料的熱量：QF

67、 </p><p>　?、菟讱堃旱臒崃浚?</p><p>　?、蘩淠飨牡臒崃浚?</p><p>　　⑦再沸器提供的熱量： （全塔范圍內(nèi)列衡算式）塔釜熱損失為10%，則=0.1</p><p>　　再沸器的實際熱負(fù)荷：</p><p>　　計算得QB=6536319.89KJ/h</p>

68、<p>　?、酂崃亢馑阌嬎憬Y(jié)果：</p><p>　　2.3 理論塔板數(shù)的計算</p><p>　　2.3.1精餾塔的氣、液相負(fù)荷</p><p>　　2.3.2求操作線方程</p><p><b>　　精餾段操作線方程</b></p><p><b>　　，代入數(shù)據(jù)得：&l

69、t;/b></p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　　精餾段操作線方程</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　　，則相平衡方程為 </b></p><p>

70、<b>　?。?0）</b></p><p>　　2.3.3用逐板法計算理論層板數(shù)</p><p>　　聯(lián)立（8）、（9）、（10）</p><p>　　Yn-1 xn-1</p><p>　　yn xn</p><p>　　yn+

71、1 xn+1</p><p>　　在同一塔板上的計算運用相平衡方程，上下塔板間的計算，運用操作線方程</p><p>　　表2-2塔板物料數(shù)據(jù)</p><p>　　（4） 實際板層數(shù)的求取</p><p>　　表2-3乙醇、正丙醇黏度表</p><p>　　精餾段平均溫度t1=82.83℃

72、</p><p>　　提餾段平均溫度t1=91.36℃</p><p><b>　　精餾段粘度：</b></p><p><b>　　提餾段粘度：</b></p><p><b>　　板效率：</b></p><p><b>　　精餾段： &l

73、t;/b></p><p><b>　　提餾段： </b></p><p>　　精餾段實際板層數(shù) ： </p><p>　　提餾段實際板層數(shù) ：</p><p>　?。ㄈ杩偘鍞?shù)： (不包括塔底再沸器)）</p><p><b>　　全塔效率： </b></p

74、><p><b>　　加料板位置在塊板處</b></p><p>　　第 3 章 板式塔主要工藝尺寸的計算</p><p>　　3.1 塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)計算</p><p><b>　　乙醇和丙醇物性數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　　表3-1液相密度&l

75、t;/b></p><p>　　表3-2液體的表面張力σ</p><p>　　表3-3液體的粘度μL</p><p>　　3.1.1平均摩爾質(zhì)量計算 </p><p><b>　　塔頂</b></p><p><b>　　進料板</b></p><

76、p><b>　　塔釜</b></p><p><b>　　精餾段:</b></p><p><b>　　提餾段</b></p><p>　　3.1.2平均密度計算：</p><p><b>　　液相平均密度</b></p><p&

77、gt;　　塔頂℃，通過內(nèi)差法：</p><p><b>　　進料板℃</b></p><p><b>　　塔底出料：</b></p><p><b>　　精餾段液相平均密度</b></p><p><b>　　提餾段液相平均密度</b></p>

78、<p><b>　　氣相平均密度</b></p><p><b>　　塔頂壓強：</b></p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　提鎦段：</b></p><p>　　有理想狀態(tài)方程計算，即</p>

79、;<p>　　3.1.3液相表面張力計算</p><p><b>　　塔頂,用內(nèi)差法有：</b></p><p><b>　　進料板 :</b></p><p><b>　　進料板:</b></p><p><b>　　精餾段平均表面張力</b&g

80、t;</p><p><b>　　提餾段平均表面張力</b></p><p>　　3.1.4精餾塔負(fù)荷計算</p><p><b>　　摩爾流量 </b></p><p><b>　　精餾段液相流量:</b></p><p><b>　　提餾

81、段液相流量:</b></p><p>　　3.2 精餾塔的塔體工藝尺寸計算</p><p>　　3.2.1.塔徑的計算</p><p>　　取板間距HT=0.40m, 板上液層高度hL=0.05m, 則</p><p>　　查史密斯關(guān)聯(lián)圖得C20=0.076</p><p>　　取安全系數(shù)為0.7，則空塔

82、氣速為</p><p>　　按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后D=1.4m 。</p><p><b>　　精餾段塔截面積為</b></p><p>　　實際空塔氣速為1.065m/s</p><p><b>　　提鎦段：</b></p><p>　　取板間距HT=0.40m, 板上液層高度h

83、L=0.05m, 則</p><p>　　查史密斯關(guān)聯(lián)圖得C20=0.075</p><p>　　取安全系數(shù)為0.7，則空塔氣速為</p><p>　　按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后D=1.4m 。</p><p><b>　　精餾段塔截面積為</b></p><p>　　實際空塔氣速為0.79m/s<

84、/p><p>　　3.2.2.精餾塔有效高度的計算</p><p><b>　　精餾段有效高度為</b></p><p><b>　　提餾段有效高度為</b></p><p>　　在進料板上方開一個入孔，其高度為0.8米</p><p>　　故精餾塔的有效高度為</p>

85、;<p>　　3.3.塔板的工藝尺寸計算</p><p>　　3.3.1.溢流裝置計算</p><p>　　塔徑 D=1.4米可選用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤。</p><p><b>　?。?）堰長 lW </b></p><p><b>　　[5]</b></p>

86、<p>　?。?）溢流堰高度hW</p><p>　　由 hW=hL-hOW ,選用平直堰，堰上液層高度</p><p>　　由弗朗西斯公式計算，</p><p><b>　　近似取E=1則</b></p><p><b>　　則</b></p><p>　　取

87、板上清液層高度hL=50mm ,</p><p>　　故 hW=hL-hOW=0.05-0.014=0.36m </p><p><b>　　同理：提鎦段</b></p><p><b>　?。?）堰長 lW </b></p><p><b>　　[5]</b></p&g

88、t;<p>　?。?）溢流堰高度hW</p><p>　　由 hW=hL-hOW ,選用平直堰，堰上液層高度</p><p>　　由弗朗西斯公式計算，</p><p><b>　　近似取E=1則</b></p><p><b>　　則</b></p><p>　

89、　取板上清液層高度hL=50mm ,</p><p>　　故 hW=hL-hOW=0.05-0.0216=0.02842m </p><p>　　（3）弓形降液管寬度 和截面積</p><p><b>　　由</b></p><p><b>　　故</b></p><p>　

90、　依式 驗算液體在降液管中的停留時間,</p><p><b>　　(符合要求)</b></p><p><b>　?。ǚ弦螅?lt;/b></p><p><b>　　故降液管設(shè)計合理。</b></p><p>　?。?）降液管底隙高度h0</p><p&

91、gt;　　取u0’=0.1 m/s 則</p><p><b>　　同理：提鎦段</b></p><p><b>　　=0.0582m</b></p><p>　　3.3.2.塔板布置</p><p><b>　?。?）塔的分塊</b></p><p&g

92、t;　　因，故塔板采用分塊式，查表得，塔板分為4塊 </p><p><b>　　表3-4</b></p><p>　　(2)邊緣區(qū)寬度確定 </p><p>　　，WC=0.04m </p><p>　　（3）開孔區(qū)面積計算</p><p><b>　　故</b></

93、p><p>　?。?）篩孔計算及其排列</p><p>　　本設(shè)計選用碳鋼板，取篩孔直徑</p><p>　　取空中心t為 </p><p><b>　　篩孔數(shù)目 </b></p><p><b>　　開孔率為 </b></p><p&g

94、t;　　氣體通過篩孔的氣速 </p><p><b>　　同理提鎦段： </b></p><p>　　3.4.篩板的流體力學(xué)驗算</p><p>　　3.4.1.塔板壓降</p><p><b>　　（1）干板阻力計算</b></p><p>　　篩板開孔率% ， 干板阻力

95、由式計算</p><p>　　由，查干篩孔的流量系數(shù)圖得 </p><p><b>　　故液柱</b></p><p><b>　　同理提鎦段： 液柱</b></p><p>　　（2）氣體通過液層的阻力計算</p><p>　　氣體通過液層的阻力可由式 ： 計算</

96、p><p><b>　　查充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖得</b></p><p><b>　　故液柱</b></p><p>　　同理求得 =0.029m</p><p>　　（3）液體表面張力的阻力計算</p><p><b>　　液柱</b></p>&

97、lt;p><b>　　提鎦：</b></p><p><b>　　液柱</b></p><p>　　氣體通過每層塔板的液柱高度 可按下式計算，即</p><p><b>　　液柱</b></p><p><b>　　液柱</b></p>

98、<p>　　氣體通過每層塔板的壓降為 </p><p><b>　?。ㄔO(shè)計允許值）</b></p><p><b>　　提鎦段：</b></p><p>　　3.4.2.液面落差</p><p>　　對于的篩板塔，液面落差很小，可忽略液面落差的影響。本設(shè)計的,故液面落差可忽略不計。<

99、;/p><p>　　3.4.3.液沫夾帶</p><p><b>　　液沫夾帶量由式計算</b></p><p>　　故液/kg氣<0.1kg液/kg氣</p><p>　　液、kg氣<0.1kg液/kg氣</p><p>　　故本設(shè)計液沫夾帶量在允許范圍內(nèi)</p><

100、p><b>　　3.4.4.漏液</b></p><p>　　對于篩板,漏液點氣速 可由式：計算</p><p><b>　　實際孔速 </b></p><p><b>　　穩(wěn)定系數(shù)為 </b></p><p><b>　　提鎦段：</b>

101、</p><p>　　對于篩板,漏液點氣速 可由式：計算</p><p><b>　　實際孔速 </b></p><p><b>　　穩(wěn)定系數(shù)為 </b></p><p><b>　　3.4.5.液泛</b></p><p>　　為防止塔內(nèi)發(fā)生

102、液泛,降液管內(nèi)液層高度 應(yīng)服從式 的關(guān)系</p><p>　　乙醇———丙醇物系屬一般物系,取 則</p><p><b>　　而</b></p><p><b>　　液柱</b></p><p><b>　　液柱</b></p><p>　　

103、故在本設(shè)計中不會發(fā)生液泛現(xiàn)象.</p><p>　　同理測得提鎦段故在本設(shè)計中不會發(fā)生液泛現(xiàn)象.</p><p>　　3.5.塔板負(fù)荷性能圖</p><p><b>　　3.5.1.漏液線</b></p><p><b>　　由</b></p><p><b>　　

104、得 ：</b></p><p><b>　　整理得 </b></p><p><b>　　提鎦段：</b></p><p>　　在操作范圍內(nèi),任取幾個 值,依上式計算 值結(jié)果列于表中</p><p>　　由上表數(shù)據(jù)即可作出漏液線1</p><p>　　3.5.2.

105、液沫夾帶線</p><p>　　以 為限,求 關(guān)系如下:</p><p><b>　　由 </b></p><p><b>　　故</b></p><p><b>　　整理得</b></p><p><b>　　提鎦段： </b>

106、;</p><p>　　在操作范圍內(nèi),任取幾個 值, 依上式計算 值結(jié)果列于表中</p><p>　　由上表數(shù)據(jù)即可作出液沫夾帶線2 </p><p>　　3.5.3.液相負(fù)荷下限</p><p>　　對于平直堰,取堰上液層高度 作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn).由式</p><p><b>　　取E=1,則</b

107、></p><p>　　由此可做出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限3.</p><p>　　3.5.4.液相負(fù)荷上限線</p><p>　　以作為液體在降液管中停留時間的下限,由式 </p><p><b>　　故</b></p><p>　　由此可做出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷上限4&l

108、t;/p><p><b>　　3.5.5.液泛線</b></p><p><b>　　令</b></p><p><b>　　由;;;</b></p><p><b>　　聯(lián)立得</b></p><p>　　忽略,將 與 , 與, 與

109、 的關(guān)系帶入上式,并整理得</p><p><b>　　式中</b></p><p>　　， 及有關(guān)的數(shù)據(jù)代入得：</p><p><b>　　故 </b></p><p><b>　　同理提鎦段： </b></p><p>　　在操作范圍內(nèi),任取

110、幾個值,依上式計算結(jié)果列于表中</p><p>　　由上表數(shù)據(jù)即可作出液泛線5</p><p>　　3.5.6.負(fù)荷性能圖及操作彈性</p><p>　　根據(jù)以上各線方程,可做出篩板塔的負(fù)荷性能圖如圖所示</p><p>　　在負(fù)荷性能圖上,作出操作點 , 連接 ,即作出操作線.由圖可知</p><p><b&g

111、t;　　故操作彈性為：</b></p><p>　　同理可算出提鎦段： </p><p>　　3.6 板式塔的結(jié)構(gòu) </p><p>　　3.6.1 塔體結(jié)構(gòu)</p><p>　　(1)塔頂空間 指塔內(nèi)最上層塔極與塔頂?shù)拈g距。為利于出塔氣體夾帶的液滴沉降，其高度應(yīng)大于板間距，設(shè)計中通常取塔頂間距為(1.5~2.0)HT。若需要

112、安裝除沫器時，要根據(jù)除沫器的安裝要求確定塔頂間距。 (2)塔底空間 指塔內(nèi)最下層培板到塔底間距。其值由如下因素決定： ①塔底儲液空間依儲存液量停留 3~8 min(易結(jié)焦物料可縮短停留時間)而定；</p><p>　　②再沸器的安裝方式及安裝高度； ③塔底液面至最下層塔板之間要留有1~2m的間距。 (3)人孔 對于D≥1000mm的板式塔，為安裝、檢修的需要，一般每隔6~8層塔板設(shè)一人孔。人孔直徑一般

113、為450 mm~600mm，其伸出塔體的筒體長為200~250 mm，人孔中心距操作平臺約800~1200mm。設(shè)人孔處的板間距應(yīng)等于或大于600mm。 (4)塔高 板式塔的塔高如圖所示。可按下式計算，即 H=(n-nF-nP-1)HT+nFHF+nPHP+HD+HB+H1+H2 式中 H——塔高，m； n——實際塔板數(shù)； nF——進料板數(shù)； HF——進料板處板間距，m； np——人孔

114、數(shù)； HB——塔底空間高度，m； HP——設(shè)人孔處的板間距，m； HD——塔頂空間高度，m； H1——封頭高度，m； H2——裙座高度m。 </p><p>　　3.6.2 塔總體高度計算</p><p>　　塔體總高度利用下式計算：</p><p><b>　?。?）塔頂封頭</b></p><p>　　封

115、頭分為橢圓形、蝶形封頭等幾種，本設(shè)計采用橢圓形封頭。由公稱直徑，查化工原理課程設(shè)計附錄2得，曲面高度直邊高度內(nèi)表面積,容積。則封頭高度</p><p><b>　　（2）塔頂空間</b></p><p>　　設(shè)計中取塔頂間距考慮到需要安裝除沫器，所以選取塔頂空間1.2m。</p><p><b>　?。?）塔底空間</b>

116、</p><p>　　塔底空間高度HB是指從塔底最下一層塔板到塔底封頭的底邊處的距離，取釜液停留時間為5min，取塔底液面至最下一層塔板間距離為1.5m。則：</p><p><b>　　(4) 人孔</b></p><p>　　對的板式塔，為安裝、檢修的需要，一般每隔6—8塊塔板設(shè)一個人孔，本塔具有32塊塔板，需設(shè)置3個人孔，每個人孔直徑為4

117、50mm，在設(shè)置人孔處板間距 。</p><p><b>　　（5）進料處板間距</b></p><p>　　考慮在進口處安裝防沖設(shè)施，取進料板處板間距。</p><p><b>　　(6) 裙座</b></p><p>　　塔底常用裙座支撐，本設(shè)計采用圓筒形裙座；由于裙座內(nèi)徑>800m

118、m，故裙座壁厚取16mm.</p><p><b>　　基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)徑：</b></p><p><b>　　基礎(chǔ)環(huán)外徑：</b></p><p><b>　　圓整后：,</b></p><p>　　考慮到再沸器，取裙高。</p><p><b>

119、　　塔體總高度：</b></p><p>　　第 4 章 輔助設(shè)備及選型</p><p>　　4.1精餾塔的附屬設(shè)備 </p><p>　　精餾塔的附屬設(shè)備包括蒸氣冷凝器、產(chǎn)品冷卻器、再沸器(蒸餾釜)、原料預(yù)熱器等，可根據(jù)有關(guān)教材或化工手冊進行選型與設(shè)計。以下著重介紹再沸器(蒸餾釜)和冷凝器的型式和特點，具體設(shè)計計算過程從略。 （1）再沸器(蒸餾釜

120、)該裝置的作用是加熱塔底料液使之部分氣化，以提供精餾塔內(nèi)的上升氣流。工業(yè)上常用的再沸器(蒸餾釜)有：內(nèi)置式再沸器、釜式(罐式)再沸器、虹吸式再沸器、強制循環(huán)式再沸器等幾種，詳見第2章?lián)Q熱器設(shè)計部分。 應(yīng)予指出，再沸器的傳熱面積是決定塔操作彈性的主要因素之一，故估算其傳熱面積時安全系數(shù)要選大一些，以防塔底蒸發(fā)量不足影響操作。 （2）塔頂回流冷凝器 塔頂回流冷凝器通常采用管殼式換熱器，有臥式、立式、管內(nèi)或管外冷凝等形式。按冷凝器與塔

121、的相對位置區(qū)分，有以下幾類。 ①整體式及自流式 將冷凝器直接安置于塔頂，冷凝液藉重力回流入塔，此即整體式冷凝器，又稱內(nèi)回流式，如圖3-21(a)、(b)所示。其優(yōu)點是蒸氣壓降較小，節(jié)省安裝面積，可藉改變升氣管或塔板位置調(diào)節(jié)位差以保證回流與采出所需的壓頭。缺點是塔頂結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修不便，且回流比難于精確控制。該方式常用于以下幾種情況：①傳熱面較小(</p><p>　?。?）塔頂蒸氣出口管的直徑dv</p&g

122、t;<p>　　操作壓力為常壓，蒸汽管中常用流速為u=12-20m/s，取</p><p><b>　　由 </b></p><p><b>　　所以</b></p><p>　　查標(biāo)準(zhǔn)系列選取φ325×10規(guī)格的熱軋無縫鋼管。</p><p>　?。?）回流管的直徑d

123、R</p><p>　　由于塔頂冷凝器安裝在塔頂平臺，回流液靠重力自留入塔內(nèi)，本設(shè)計取</p><p><b>　　所以有</b></p><p>　　查標(biāo)準(zhǔn)系列選取φ18×3.5規(guī)格的熱軋無縫鋼管。</p><p>　　(3)進料管的直徑dF</p><p>　　進料管得結(jié)構(gòu)類型很多，

124、有直管進料管、彎管進料管、T形進料管。本設(shè)計采用直管進料管。管徑計算如下：</p><p>　　本設(shè)計采用泵輸送料液，料液速度可取uF=1.5-2.5m/s，本設(shè)計取</p><p>　　查標(biāo)準(zhǔn)系列選取φ42×4規(guī)格的熱軋無縫鋼管。</p><p>　　(4)塔底出料管的直徑dW</p><p>　　一般可采用塔底出料管的流速uW，

125、本設(shè)計取</p><p>　　查標(biāo)準(zhǔn)系列選取φ70×3規(guī)格的熱軋無縫鋼管。</p><p>　　(5)塔底蒸汽的直徑dW′</p><p>　　一般可采用塔底出料管的流速uV=20-25m/s，本設(shè)計取</p><p>　　查標(biāo)準(zhǔn)系列選取φ325×10規(guī)格的熱軋無縫鋼管。</p><p>　　本章符

126、號說明 英文字母</p><p>　　Aa——塔板開孔區(qū)面積，m2； Af——降液管截面積，m2； A0——篩孔總面積，m2； AT——塔截面積，m2； C0——流量系數(shù)，無因次； C——計算umax時的負(fù)荷系數(shù)，m/s；Cs——氣相負(fù)荷因子，m/s； d0——篩孔直徑，m；D——塔徑，m；eV——液沫夾帶量,kg(液)/kg(氣)； E——液流收縮系數(shù)，無因次;F——氣相動能因子，kg1

127、/2/(s·m1/2)； F0——篩孔氣相動能因子，kg1/2/(s·m1/2)； hl——進口堰與降液管間的水平距離，m； hc——與干板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨龋琺液柱； hd——與液體流過降液管的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?，m： hl——與板上液層阻力相當(dāng)?shù)囊褐叨?，m； hL——板上清液層高度，m； h0——降液管的底隙高度，m； how——堰上液層高度，m； hw——溢流堰高度，m； h’w——進口堰